周博

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

0 引 言

國(guó)家政策對(duì)現(xiàn)有機(jī)組能耗指標(biāo)及排放標(biāo)準(zhǔn)越趨嚴(yán)格，導(dǎo)致當(dāng)今電力市場(chǎng)200 MW以下機(jī)組生存空間越來越小[1]。但隨著我國(guó)北方地區(qū)供熱需求進(jìn)一步增加、供熱型式向大面積集中供熱發(fā)展，整體所需供熱量大幅增大。在此形勢(shì)下，將原200 MW凝汽式機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造就是拯救老200 MW機(jī)組最有前景的方案之一。如今將機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造具體有兩種方法：一種為低真空供熱改造；另一種為高背壓光軸改造。具體改造方案下面分別會(huì)進(jìn)行詳細(xì)分析論述。

1 高背壓改造具體方案分析

1.1 循環(huán)水低真空供熱技術(shù)

低真空供熱是指通過特定的手段降低凝汽器真空度，進(jìn)而提高機(jī)組排汽背壓、提高機(jī)組排汽溫度，利用汽輪機(jī)排汽來加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，并利用循環(huán)水對(duì)外進(jìn)行供熱的運(yùn)行方式[2-7]。

圖1 參考熱平衡圖

以某廠200 MW超高壓汽輪機(jī)為例，機(jī)組為三缸兩排汽單軸結(jié)構(gòu)型式，具有一次中間再熱，進(jìn)汽參數(shù)為12.75 MPa/535℃/535℃。在原機(jī)組冷凝系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將凝汽器冷卻水系統(tǒng)與熱網(wǎng)循環(huán)水回路通過管道連接，使機(jī)組低真空運(yùn)行時(shí)溫度較高的凝汽器冷卻水可以在熱網(wǎng)換熱站中釋放熱量，達(dá)到機(jī)組排汽為熱用戶供熱的目的。同時(shí)，機(jī)組乏汽大量余熱得以利用，可以大幅提高機(jī)組循環(huán)熱效率。

低真空改造工程中，需要特別注意熱網(wǎng)循環(huán)水量、熱網(wǎng)回水溫度及機(jī)組常見負(fù)荷這三個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù)，根據(jù)某電廠汽輪機(jī)組的實(shí)際情況，可設(shè)計(jì)以下兩種改造方案[8-13]：

1）方案一。此方案不考慮連通管采暖抽汽，低壓缸各級(jí)面積按純凝工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，低壓缸按照全容量設(shè)計(jì)通流面積，采取低壓前三級(jí)不動(dòng)，將末兩級(jí)去掉，重新更換一級(jí)新的末級(jí)葉片。這一方案下，機(jī)組冬季應(yīng)盡可能按照大負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷不要低于150MW。盡量不抽汽或少抽汽，同時(shí)循環(huán)水量應(yīng)在11000 t/h以上為宜。

為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，并且低壓末葉不發(fā)生較大的鼓風(fēng)現(xiàn)象，因此對(duì)應(yīng)低真空運(yùn)行的最高背壓計(jì)算值最高為是36 kPa.a。參考熱平衡圖如圖1所示。

由于200 MW機(jī)組再熱壓力較低，改造起來比較困難，為滿足用戶需求，考慮如果可以降低再熱溫度，即在再熱溫度降低為525℃的情況下，對(duì)應(yīng)低真空運(yùn)行的最高背壓計(jì)算值為是38 kPa.a。任何時(shí)候?yàn)楸ＷC機(jī)組安全運(yùn)行，排汽溫度都不應(yīng)高于80℃。方案熱平衡圖見圖2所示。

2）方案二。此方案考慮采暖抽汽，按抽汽工況（最大抽汽量為240 t/h）來設(shè)計(jì)低壓缸，低壓缸按照半容量設(shè)計(jì)通流面積，采取更換低壓葉片，新設(shè)計(jì)的低壓共4級(jí)。低壓缸排汽保證不大于270 t/h。因此夏季純凝工況時(shí)，汽輪機(jī)的最大負(fù)荷會(huì)受到一定限制。本改造方案對(duì)應(yīng)的循環(huán)水量應(yīng)在8000～11 000 t/h之間為宜。

為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，并且低壓末葉不發(fā)生較大的鼓風(fēng)現(xiàn)象，因此對(duì)應(yīng)低真空運(yùn)行的最高背壓計(jì)算值為是38.7 kPa.a。方案熱平衡圖如圖3所示。

根據(jù)計(jì)算，若適當(dāng)降低再熱溫度，可以改善排汽過熱現(xiàn)象，但是改善幅度不大，計(jì)算結(jié)果顯示，再熱溫度降10℃，冬季背壓可以允許升高2 kPa，但是出力會(huì)下降一些，大約2 MW。任何時(shí)候?yàn)楸ＷC機(jī)組安全運(yùn)行，排汽溫度都不應(yīng)高于80℃。

技術(shù)完善過程中需要遵循以下設(shè)計(jì)原則[14-17]：1）低真空改造時(shí)需保持機(jī)組設(shè)計(jì)進(jìn)汽參數(shù)不變；2）低真空改造時(shí)需保持機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)與再熱參數(shù)不變；3）安全可靠性第一，采用的技術(shù)成熟可靠；4）對(duì)低壓部分進(jìn)行改造，高中壓部分不改造；5）保證機(jī)組支撐、死點(diǎn)位置不改動(dòng)、推力在安全運(yùn)行允許范圍內(nèi)；6）設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)符合現(xiàn)行的國(guó)際、國(guó)家及行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

圖2 方案熱平衡圖

圖3 方案熱平衡圖

1.2 高背壓光軸供熱改造技術(shù)

因供暖期的需要，除了上述的低真空供熱改造方案外，現(xiàn)多家電廠均對(duì)機(jī)組進(jìn)行了汽輪機(jī)光軸改造，光軸改造方案也是目前機(jī)組供熱改造的手段之一，光軸改造技術(shù)簡(jiǎn)單來說即低壓缸不進(jìn)汽，主蒸汽由高壓主汽門、高壓調(diào)節(jié)汽門進(jìn)入高中壓缸做功。中壓排汽（低加回?zé)岢槠谐┤窟M(jìn)入熱網(wǎng)加熱器供熱。低壓轉(zhuǎn)子拆除，更換成一根光軸，連接高中壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)，起到傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。

機(jī)組在運(yùn)行過程中，光軸會(huì)與低壓缸內(nèi)的蒸汽（或空氣）產(chǎn)生摩擦鼓風(fēng)發(fā)熱，需要對(duì)其進(jìn)行冷卻，這個(gè)冷卻方案要結(jié)合冷凝器的運(yùn)行方式一并考慮，有兩種情況：一是冷凝器熱備用，對(duì)光軸采用蒸汽冷卻；二是冷凝器停用，采用鼓風(fēng)機(jī)冷卻。

1）冷凝器熱備用，采用蒸汽冷卻。原機(jī)組給水系統(tǒng)采用100%汽動(dòng)給水泵組，導(dǎo)致改造后凝汽器仍需要接收給水泵汽輪機(jī)排汽。因此，為維持凝汽器及給水泵正常運(yùn)行，需要增設(shè)一臺(tái)小循環(huán)水泵[3]。運(yùn)行中為了防止低壓缸鼓風(fēng)發(fā)熱，讓10 t/h蒸汽減溫減壓后（60～90℃）進(jìn)入低壓缸，帶走熱量。運(yùn)行中真空泵正常運(yùn)行，少量循環(huán)水進(jìn)入凝汽器，機(jī)組真空5～10 kPa，低壓軸封不做改動(dòng)，運(yùn)行中正常供汽密封。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)改動(dòng)量小、廠用電少，缺點(diǎn)是要增加小循環(huán)泵、減溫減壓器等，同時(shí)運(yùn)行中循環(huán)水系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)均要運(yùn)行，維護(hù)工作量較大。

2）冷凝器停用，采用鼓風(fēng)機(jī)冷卻。冷凝器也可以停用，配1臺(tái)合適容量的鼓風(fēng)機(jī)，將一股空氣從冷凝器人孔鼓入，從低壓缸上部原低壓進(jìn)汽口排出，以帶走光軸的摩擦發(fā)熱量。給水泵采用電動(dòng)給水泵（如電廠已經(jīng)有1臺(tái)50%容量的，需要再增設(shè)1臺(tái)）。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量較小、系統(tǒng)節(jié)能，缺點(diǎn)是需要增加少量廠用電。

圖4 方案熱平衡圖

仍然以某廠200 MW超高壓汽輪機(jī)為例，在采暖季前將原汽輪機(jī)組的低壓轉(zhuǎn)子更換為光軸轉(zhuǎn)子，將連通管及蝶閥拆除，徹底解列低壓缸運(yùn)行，中壓缸排汽大約有5.0 t/h蒸汽引入低壓缸，冷卻光軸，其余蒸汽全部進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器去供熱，光軸轉(zhuǎn)子直接連接中壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，不做功，僅起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用[3]。在采暖季結(jié)束后，將低壓光軸轉(zhuǎn)子再更換為純凝轉(zhuǎn)子，并安裝上原連通管，即完全恢復(fù)至純凝機(jī)組設(shè)計(jì)狀態(tài)。

機(jī)組改造過程中需要遵循以下設(shè)計(jì)原則：1）低真空改造時(shí)需保持機(jī)組設(shè)計(jì)進(jìn)汽參數(shù)不變；2）低真空改造時(shí)需保持機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)與再熱參數(shù)不變；3）安全可靠性第一，采用的技術(shù)成熟可靠；4）高中壓部分不改造、對(duì)低壓部分進(jìn)行改造；5）保證機(jī)組支撐、死點(diǎn)位置不改動(dòng)、推力在設(shè)計(jì)規(guī)范范圍內(nèi)；6）新設(shè)計(jì)一根低壓供熱光軸，光軸轉(zhuǎn)子和純凝低壓轉(zhuǎn)子每年進(jìn)行互換使用，其對(duì)輪連接按我廠工藝方案執(zhí)行；7）設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)符合現(xiàn)行的國(guó)際、國(guó)家及行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

凝結(jié)水系統(tǒng)改造方案說明：改造后1#、2#低加汽側(cè)切除，水側(cè)正常運(yùn)行，3#、4#低加正常投運(yùn)，軸封系統(tǒng)不做改動(dòng)[18-20]。按照電廠要求，100 t/h熱網(wǎng)疏水引接至凝汽器，其他熱網(wǎng)疏水經(jīng)疏水泵直接回到3#低加。方案熱平衡圖如圖4所示。

綜上所述，通過低真空供熱改造就光軸改造，可以實(shí)現(xiàn)電廠需要增加機(jī)組供熱面積的需求。

2 結(jié)語

低真空供熱改造與光軸改造方案相比較而言，低真空供熱改造技術(shù)較復(fù)雜，要求有充足的熱網(wǎng)循環(huán)水量、較低的熱網(wǎng)回水溫度，適用于機(jī)組常見負(fù)荷在80%額定負(fù)荷左右；光軸改造技術(shù)較為簡(jiǎn)單，對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水量及熱網(wǎng)回水溫度沒有苛刻要求，適用于機(jī)組負(fù)荷較低的情況下。

綜上所述，通過高背壓改造，提高了機(jī)組的排汽溫度，實(shí)現(xiàn)了冬季供暖期間機(jī)組排汽余熱的利用，增加了機(jī)組的供熱能力，減少了環(huán)境污染，符合國(guó)家規(guī)定的熱電廠以熱定電運(yùn)行方式。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 王慶一,陳彥碩.供熱初末期50MW機(jī)組低真空循環(huán)水供熱的可行性[J].節(jié)能,2013,32(12):25-29.

[2] 駱宗偉.凝汽發(fā)電低真空供熱[J].礦業(yè)工程,2013,11(3):66-67.

[3] 田曉龍,張雷,卜心明.試論200MW機(jī)組汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子光軸供熱改造[J].內(nèi)蒙古教育(職教版),2016(10):91-92.

[4] 方守印,楊成寶.汽輪機(jī)低壓排汽缸排汽壓力的變化對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響[J].汽輪機(jī)技術(shù),2013,55(6):471-472,475.

[5] 崔冰.100MW機(jī)組低真空供熱可行性分析 [J].資源節(jié)約與環(huán)保,2015(1):9-13.

[6] 楊明.哈發(fā)公司#1機(jī)組低真空供熱改造報(bào)告[J].中國(guó)科技投資,2016(7):161.

[7] 王國(guó)斌.汽輪發(fā)電機(jī)組低真空供熱的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2017(2):111-112.

[8] 張子敬.低真空供熱熱網(wǎng)改造中的經(jīng)濟(jì)性探討 [J].節(jié)能技術(shù),2005,23(3):267-269.

[9] 包偉偉,任偉,張啟林,等.大型空冷機(jī)組低真空供熱特性分析[J].區(qū)域供熱,2015(4):73-78,124.

[10]李伍亮.300MW等級(jí)汽輪機(jī)低真空供熱改造研究[J].機(jī)械工程師,2015(11):276-277.

[11] 王峻青,李凱.低真空供熱改造技術(shù)在汽輪鼓風(fēng)上的應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力,2016(4):31-33.

[12] 潘瑞巖,馬振軍.關(guān)于汽輪機(jī)低真空供熱的討論[J].林業(yè)科技情報(bào),2008,40(1):55-56.

[13] 高英權(quán),朱振軍,馬清泉,等.低真空抽凝式汽輪機(jī)排汽供熱的研究及其改造[J].節(jié)能技術(shù),2005,23(2):165-166,176.

[14] 高旭峰,夏顯杰.超高壓150MW機(jī)組低真空供熱改造分析[C]//京津冀晉蒙魯電動(dòng)機(jī)工程(電力)學(xué)會(huì)第二十三屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.2013:430-435.

[15] 劉云松.關(guān)于北方某電廠低真空供熱方案的可行性[J].林業(yè)科技情報(bào),2013,45(1):58-59.

[16] 王正.低真空供熱的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2015(11):1425-1426.

[17] 李勇,趙會(huì)剛,曹麗華,等.汽輪機(jī)低真空供熱時(shí)最末級(jí)的運(yùn)行特性分析[J].東北電力學(xué)院學(xué)報(bào),2004,24(2):6-9.

[18]欒忠興,徐立巍.汽輪機(jī)低真空供熱的經(jīng)濟(jì)性分析[J].東北電力學(xué)院學(xué)報(bào),2003,23(4):44-47.

[19]王曉紅,孫超.凝汽器低真空供熱經(jīng)濟(jì)性分析 [J].華電技術(shù),2009,31(1):37-39.

[20]李曉忠.凝汽式汽輪機(jī)低真空供熱改造分析[J].河北電力技術(shù),2006,25(4):38-40.